CN201869132U

CN201869132U - 安装在建筑物上的太阳能系统

Info

Publication number: CN201869132U
Application number: CN2010206683061U
Authority: CN
Inventors: 方振雷; 马佳贵
Original assignee: Enn Energy Service Co ltd; ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Enn Fanneng Network Technology Co ltd; Enn Ubiquitous Energy Network Technology Co ltd; ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2020-12-14

Abstract

一种安装在建筑物上的太阳能系统，包括：包括多个光伏板的电池板阵列，具有与太阳光照射方向相反的背面；支撑框架，包括多个用于将支撑框架安装在建筑物的外壁上的固定件；辐射吸收板，设有多个通孔，并包括与电池板阵列相对的第一表面和与第一表面相反的第二表面；连接部件，将电池板阵列固定在支撑框架上，并且在电池板阵列的背面与辐射吸收板的第一表面之间具有第一距离，辐射吸收板的第二表面与外壁之间具有第二距离，以在辐射吸收板的第二表面与外壁之间限定抽吸空腔；以及至少一个排气通道，排气通道与抽吸空腔连通，以将从电池板阵列的背面穿过辐射吸收板流入抽吸空腔的空气排出抽吸空腔。实现了对光伏板的冷却降温，又可以对光伏板产生的热能进行再利用。

Description

安装在建筑物上的太阳能系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于光伏电池形成的太阳能系统，特别是，涉及一种安装在建筑物上的太阳能系统。

背景技术

随着人们对新型能源的重视，基于光伏电池形成的太阳能光伏装置已广泛地应用于工业、军事以及民用发电系统中。光伏建筑物一体化(BIPV)系统是一种将太阳能系统安装在建筑物上的可再生能源利用系统。在这种太阳能光伏装置中，许多光伏板组成的电池板阵列通过安装框架安装在建筑物的外实体墙壁上。许多光伏板电串联在一起，由此形成一个总的电源系统。然而，在这种将光伏电板与建筑物结合的太阳能系统中，随着光伏发电过程的进行，仅有不足5％-20％太阳入射能转化为电能，而近60％-70％的太阳入射能转化为热能，这就造成了光伏板的背板温度不断升高，导致太阳能光伏电池的逆向饱和电流增加，开路电压下降；太阳能光伏电池的吸收能带降低，电池所产生的短路电流增加；光伏发电效率逐渐降低；另外，由于建筑物的实体墙作为用于安装光伏板的安装基面，对光伏板的温度升高不能进行有效冷却，造成了能源的浪费。

已研发了多种冷却技术来降低光伏板的温度，例如，提出了一种包括光伏发电单元和热收集单元的电热联产(photovoltaic/thermal，PV/T)系统。其中的气冷系统根据空气流动形式又分为单向表面流道式PV/T系统、单向背面流道式PV/T系统和双流道式PV/T系统。但是，传统的流道式PV/T系统，结构复杂而且成本高，与建筑物的结合也比较困难。另外，还提出了在光伏板的背板上安装散热片、水循环系统之类的解决方案，但这些解决方案增加了整个太阳能系统的复杂性，而且没有对产生的热能进行再利用。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供一种安装在建筑物上的太阳能系统，将辐射吸收板和光伏板结合在一起，实现了对光伏板的冷却降温，又可以对光伏板产生的热能进行再利用。

根据本实用新型的一个方面的实施例，提供一种安装在建筑物上的太阳能系统，包括：包括多个光伏板的电池板阵列，所述电池板阵列具有与太阳光照射方向相反的背面；支撑框架，所述支撑框架包括多个用于将所述支撑框架安装在建筑物的外壁上的固定件；辐射吸收板，所述辐射吸收板上设有多个通孔，并包括与所述电池板阵列相对的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；连接部件，所述连接部件将所述电池板阵列固定在所述支撑框架上，并且在所述电池板阵列的背面与所述辐射吸收板的第一表面之间具有第一距离，所述辐射吸收板的第二表面与所述外壁之间具有第二距离，以在所述辐射吸收板的第二表面与所述外壁之间限定抽吸空腔；以及至少一个排气通道，所述排气通道与所述抽吸空腔连通，以将从所述电池板阵列的背面穿过所述辐射吸收板流入所述抽吸空腔的空气排出所述抽吸空腔。

在上述太阳能系统中，所述辐射吸收板的第一表面涂覆有选择性吸附涂层。

在上述太阳能系统中，所述选择性吸附涂层为黑铬、黑镍、氧化铜黑和氧化铁、氮氧化钛蓝膜和磁控溅射蓝膜中的至少一种。

在上述太阳能系统中，所述辐射吸收板具有起伏的横截面。

在上述太阳能系统中，所述辐射吸收板具有正弦波形状、矩形波或者梯形波形状的横截面。

在上述太阳能系统中，所述辐射吸收板具有瓦棱形状的横截面。

在上述太阳能系统中，所述排气通道与建筑物的新风系统耦合或设有电动排气装置。

在上述太阳能系统中，所述排气通道包括切换装置，以有选择地将抽吸空腔中的空气排放到所述建筑物内或者建筑物外。

在上述太阳能系统中，所述辐射吸收板的主体部分由彩钢板、铝板、铝合金板、铝塑板、不锈钢板、热镀锌板、石材、陶瓷、聚氨酯、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂中的至少一种制成。

根据本实用新型的安装在建筑物上的太阳能系统，由于设置了辐射吸收板，通过辐射吸收或空气在光伏板背面的流动，可以从光伏板的背面吸收热量，降低光伏板的温度，提高光伏板的发电效率，提升了太阳能的综合利用效率，并延长光伏板的使用寿命。

附图说明

为了使本实用新型的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，其中：

图1是显示根据本实用新型的一种示例性实施例的太阳能系统的侧部剖视示意图；

图2是显示图1所示太阳能系统的工作原理示意图；

图3是显示根据本实用新型的太阳能系统的辐射吸收板的一种实施例的平面示意图；

图4是显示根据本实用新型的太阳能系统的辐射吸收板的另一种实施例的立体示意图；

图5是显示图4所示辐射吸收板的横向侧视图；

图6是显示图4所示辐射吸收板的纵向侧视图；以及

图7是显示图4所示辐射吸收板的平面示意图。

具体实施方式

虽然将参照含有本实用新型的较佳实施例的附图充分描述本实用新型，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的实用新型，同时获得本实用新型的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本实用新型所描述的示例性实施例。

参见图1和2，其中，图1是显示根据本实用新型的一种示例性实施例的太阳能系统的侧部剖视示意图，图2是显示图1所示太阳能系统的工作原理示意图。根据本实用新型的一种示例性实施例的安装在建筑物上的太阳能系统100，包括：具有多个光伏板11的电池板阵列1，所述电池板阵列1具有与太阳光照射方向相反的背面，形成光伏板11的材料可包括单晶硅、多晶硅及非晶硅材料；支撑框架2，所述支撑框架2包括多个用于将所述支撑框架安装在建筑物的外壁3上的固定件(未示出)；辐射吸收板4，所述辐射吸收板4上设有多个通孔41(参见图2)，并包括与电池板阵列1相对的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；连接部件5，所述连接部件5将电池板阵列1固定在支撑框架2上，并且在电池板阵列1的背面与辐射吸收板4的第一表面之间具有第一距离，辐射吸收板4的第二表面与外壁3之间具有第二距离，以在辐射吸收板4的第二表面与外壁3之间限定抽吸空腔7；以及至少一个排气通道8，排气通道8与抽吸空腔7连通，以将从电池板阵列1的背面穿过辐射吸收板4流入抽吸空腔7的空气排出抽吸空腔7。

根据本实用新型的一种示例性实施例，辐射吸收板4的主体部分由例如铝板、铝合金板、不锈钢板、彩钢板、热镀锌板之类的金属板或石材、陶瓷、塑料(例如，聚氨酯、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂)之类的非金属结构的建筑材料制成，并且辐射吸收板4的第一表面涂覆有选择性吸附涂层。选择性吸附涂层可以为黑铬(Cr_xO_y)、黑镍(NiS-ZnS)、氧化铜黑(Cu_xO_y)和氧化铁(Fe₃O₄)、氮氧化钛蓝膜、磁控溅射蓝膜等具有良好热吸附性能的材料中的至少一种。这样辐射吸收板4能够良好地吸收光伏模块的辐射和太阳光的直接辐射。进一步地，辐射吸收板4上的通孔41可使得进入电池板阵列1背面的空气从辐射吸收板4的第一表面流动到第二表面热，并进入抽吸空腔7。如图3所示，辐射吸收板4可以是平面板结构，通孔41的直径大约为1毫米。通孔41的密度大约每平米2500个，而且通孔41之间呈矩形或者长方形阵列排布。进一步地，通孔41的内部经过防腐防锈工艺进行处理。

根据本实用新型的示例性实施例，电池板阵列1包括多个依次电连接的光伏板，相邻的光伏板11之间可以紧密连接也可以间隔预定间隙12(参见图2)。电池板阵列1的背面与辐射吸收板4的第一表面之间具有第一距离，由于抽吸空腔7中存在的负压，空气从电池板阵列1中的相邻光伏板11的缝隙12流动到电池板阵列1的背面，并在电池板阵列1的背面和辐射吸收板4的第一表面之间流动，空气在光伏板11上吸收热量后进一步穿过辐射吸收板4上的通孔41流入抽吸空腔7，进入抽吸空腔7的热空气在抽吸空腔7中形成的烟囱效应，并快速上升，并通过排气通道8排出，从而实现了对电池板阵列1的光伏板11的冷却。

进一步地，排气通道8中与建筑物的新风系统耦合或设有例如排风扇、轴流风机之类的电气排气装置81，从而使抽吸空腔7中的烟囱效应增强，加速空气的流动，进而提高对光伏板11的降温效果。通过空气在光伏板11背面的流动，可以从光伏板11的背面吸收热量，降低光伏板的温度，根据光伏性能，光伏板温度的降低，会提高光伏板的发电效率，提升了太阳能的综合利用效率，并延长光伏板的使用寿命。可以理解，由辐射吸收板4、具有排气装置81的排气通道8、建筑物的保温墙体的外壁3、支撑框架2等组成了一种空气集热器，以最大限度的通过辐射吸收板4的辐射作用和空气流动吸收光伏板11背面的热量。这种空气集热器既可以降低光伏板11的温度，也可以储存一定的热能进行再利用。

在进一步的实施例中，排气通道8包括切换装置，以有选择地将抽吸空腔7中的空气排放到建筑物内或者建筑物外。例如，在冬季，操作切换装置，使得热空气进入建筑物内，即可以提高建筑物内的温度，还可以为建筑物提供新鲜舒适的空气，提升室内的舒适度。而在夏季，一般通过切换装置将抽吸空腔7内的空气通过排气通道8排放到建筑物之外或进行气液换热提供生活热水。另外，由于本实用新型的太阳能系统的保温和吸收热量的性能，夏季阻隔太阳热辐射，可以有效降低空调负荷，冬季空气抽吸腔体和保温墙体的保温作用可以大大降低室内热量损失。

在本实用新型的太阳能系统100中，光伏板利用为硅基薄膜太阳能电池板，用于吸收太阳能并利用光电效应产生电能，光电转换效率在8.5％左右。根据光电转换的性能特点，光伏板的温度降低，可以提高光伏板的光电转换效率。另外，基于硅基薄膜的太阳能光伏电池还具有玻璃盖板的功能，使热能更少的散失并使烟囱效应效果更加明显。

支撑框架2一般沿建筑物的高度方向平行设置，为增加强度，进一步在支撑框架2上设置沿横向方向延伸的辅助框架(又称龙骨)21。在电池板阵列1的背面安装有专用标准支架、铁丝网或塑料板之类的平面支撑装置6，以对电池板阵列1进行支撑。在平面支撑装置6与支撑框架2之间设有连接件5，以将平面支撑装置6连接到支撑框架2上。连接件5例如可以选择“弓”字型结构，以在平面支撑装置6与辐射吸收板4之间形成第一距离。连接件5例如由不锈钢之类的金属材料制成，承载电池板阵列1以及平面支撑装置6的载荷。连接件5的设置还使得光伏板11的安装更加灵活并适于维修维护。在建筑物的外壁3可以为密封防水保温墙体，这种防水保温墙体能够阻止热量散失，使抽吸空腔7内的空气的热量更有效的被收集。支撑框架2通过固定件安装在外部3上，以承担本实用新型的整个太阳能系统的主要的力学载荷。

在一种可替换的实施例中，如图4-7所示，辐射吸收板4具有起伏的横截面。进一步地，辐射吸收板4具有正弦波形状、矩形波或者梯形波形状的横截面。另外，辐射吸收板4可以具有瓦楞结构、曲线结构、平面结构、格状结构等形状，从而增加吸热面积和增强力学载荷。

根据本实用新型的安装在建筑物上的太阳能系统，由于设置了辐射吸收板4，通过空气在光伏板11背面的流动，可以从光伏板11的背面吸收热量，降低光伏板的温度，提高光伏板的发电效率，提升了太阳能的综合利用效率，并延长光伏板的使用寿命。由辐射吸收板4、具有排气装置81的排气通道8、建筑物的保温墙体的外壁3、支撑框架2等组成的空气集热器，能够最大限度的通过辐射吸收板4的辐射作用和空气流动吸收光伏板11背面的热量。另外，根据本实用新型的安装在建筑物上的太阳能系统，将电热联用系统与建筑一体化进行结合，具有更多的建筑材料性能，并提升了建筑的隔音、防水、保温、防火等多种建筑性能。

进一步地，利用例如彩钢板等成熟工业产品作为生产辐射吸收板的原材料，具有价格低廉、可大规模迅速生产以及加工施工方便等优点。生产辐射吸收板的加工机械只需要简单的改进，便可生产加工廉价的辐射吸收板。采用彩钢板适宜在工业厂房及仓库立面等位置安装本实用新型的太阳能系统，成本低，施工便捷，可大面幅作业应用。

在详细说明本实用新型的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本实用新型亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。

Claims

1.一种安装在建筑物上的太阳能系统，包括：

包括多个光伏板的电池板阵列，所述电池板阵列具有与太阳光照射方向相反的背面；

支撑框架，所述支撑框架包括多个用于将所述支撑框架安装在建筑物的外壁上的固定件；

辐射吸收板，所述辐射吸收板上设有多个通孔，并包括与所述电池板阵列相对的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；

连接部件，所述连接部件将所述电池板阵列固定在所述支撑框架上，并且在所述电池板阵列的背面与所述辐射吸收板的第一表面之间具有第一距离，所述辐射吸收板的第二表面与所述外壁之间具有第二距离，以在所述辐射吸收板的第二表面与所述外壁之间限定抽吸空腔；以及

至少一个排气通道，所述排气通道与所述抽吸空腔连通，以将从所述电池板阵列的背面穿过所述辐射吸收板流入所述抽吸空腔的空气排出所述抽吸空腔。

2.如权利要求2所述的太阳能系统，其中，所述辐射吸收板的第一表面涂覆有选择性吸附涂层。

3.如权利要求3所述的太阳能系统，其中，所述选择性吸附涂层为黑铬、黑镍、氧化铜黑和氧化铁、氮氧化钛蓝膜和磁控溅射蓝膜中的至少一种。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的太阳能系统，其中，所述辐射吸收板具有起伏的横截面。

5.如权利要求4所述的太阳能系统，其中，所述辐射吸收板具有正弦波形状、矩形波或者梯形波形状的横截面。

6.如权利要求4所述的太阳能系统，其中，所述辐射吸收板具有瓦棱形状的横截面。

7.如权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述排气通道与建筑物的新风系统耦合或设有电动排气装置。

8.如权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述排气通道包括切换装置，以有选择地将抽吸空腔中的空气排放到所述建筑物内或者建筑物外。

9.如权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述辐射吸收板的主体部分由彩钢板、铝板、铝合金板、铝塑板、不锈钢板、热镀锌板、石材、陶瓷、聚氨酯、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂中的至少一种制成。